Java“链表“——数据结构（这一篇就够了）

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本篇对数据结构中的"链表"进行详细的讲解

本期会分成一下五部分进行讲解：

1.链表的概念

2.链表的种类

3.链表的实现方法

4.代码实现链表

5.链表的常见使用场景

一、链表的概念

• 定义链表：
  • 链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用（或指针）。
• 链表的特点：
  • 动态大小
  • 灵活的内存使用

二、链表的种类

• 单向链表：

  • 结构：每个节点有一个指针指向下一个节点。
  • 特点：简单，单向访问。

• 双向链表：

  • 结构：每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和下一个节点。
  • 特点：双向访问，插入和删除操作更灵活。

• 循环链表：

  • 单向循环链表：链表的尾部节点指向头节点，形成循环。
  • 双向循环链表：每个节点既指向前一个节点也指向下一个节点，且尾部节点指向头节点，头节点指向尾部节点。

• 有头节点的链表

  • 定义：

    • 链表有一个头节点（dummy node），这个节点通常不包含有效数据，仅用作链表操作的辅助节点。实际的数据节点从头节点的 next 开始。

  • 特点：

    • 头节点可以简化边界条件的处理（例如在链表为空、插入到头部或删除头部节点时）。
    • 适合用来简化链表的插入和删除操作，尤其是边界操作（如头部插入、删除）。

  • 适用场景：

    • 常用于需要频繁在头部插入或删除的链表实现中（如双端队列）。
• 无头节点的链表

  • 定义：

    • 链表没有头节点，实际的数据节点直接由链表的 head 节点开始。

  • 特点：

    • 需要特别处理空链表和边界条件，如在链表为空、在头部插入、删除头部节点等操作。
    • 适合一般用途的链表实现，操作稍显复杂，但更加直观。

  • 适用场景：

    • 适用于普通的链表操作，如基本的链表实现或对链表操作要求不特别复杂的场景。

三、链表的实现方式

1. 使用类定义节点（对象）实现链表

        这种方式是最常用的链表实现方法，尤其在面向对象编程中。每个节点是一个对象，包含数据和指向下一个节点的引用（指针）。

2. 使用数组实现链表

        链表的另一种实现方式是使用数组来模拟链表的结构。每个数组元素代表一个节点，并使用数组索引来模拟指针。

3. 使用动态数组模拟链表

        在某些特定的应用场景中，可以使用动态数组来模拟链表的行为。例如，利用 ArrayList 来模拟链表。

4. 使用指针（或引用）实现链表

        在低级编程语言（如 C/C++）中，链表的节点通常通过指针实现。链表的实现方式与 Java 类似，但在 C/C++ 中使用指针而不是对象引用。

ArrayList是数组实现，我们以第一种写。

四、代码实现链表

        链表有一些很基础的方法如addFirst头插入、addLast尾插入，8种实现有要写重复的代码，十分繁琐，我们这里利用之前学过的接口，以抽象方法写入接口，类实现接口并重写这些方法，可以达到代码高复用。

像这样们在用类去实现，按住alt+insert点击实现方法。

这样就可以了，

我们需要定义一个内部类来定义节点，这里用最简单的有头、不循环、单向链表来展示

定义头引用和尾引用

数据结构这块考虑的就是严谨性，要保证特殊情况下不出错

这个头插入方法要考虑是否链表是空的，在进行插入操作

尾插入也是如此

或者坐标插入

这些方法的实现不要用头脑去想象，要落实到画图解决。

实现方法时候先模拟一下流程，就可以轻松实现代码啦。

代码我放到gitee上面了有8种，你们可以照着写一下，然后自己再实现一下。

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五、链表常见的使用场景

1. 动态数据结构

• 堆栈（Stack）：链表常用于实现堆栈（LIFO）数据结构，因为链表的头部插入和删除操作可以在常量时间内完成。

  示例：使用链表实现的堆栈可以高效地进行推送（push）和弹出（pop）操作。

• 队列（Queue）：链表也常用于实现队列（FIFO）数据结构，特别是当需要高效的入队（enqueue）和出队（dequeue）操作时。

  示例：使用链表实现的队列可以有效地进行入队和出队操作，尤其是在需要支持动态大小的场景中。

2. 内存管理

• 操作系统内存分配：操作系统中的内存管理（如分配和释放内存块）经常使用链表来管理空闲的内存块和已分配的内存块。

  示例：许多内存分配算法（如伙伴系统、空闲链表）依赖链表来追踪可用内存块和已分配的内存块。

3. 动态数据集合

• 动态大小的数据集合：链表适用于需要动态增长或缩小的数据集合，比如在无法预先确定元素数量的情况下。

  示例：在实现动态数组时，链表可以用来处理元素的动态插入和删除，而不像数组那样需要固定大小。

4. 复杂数据结构的实现

• 图的表示：在图的实现中，链表常用于表示图的邻接表，使得在图中查找邻接节点变得高效。

  示例：邻接表是图的一种常见表示方式，每个节点的邻接节点通过链表进行存储。

• 哈希表的碰撞处理：链表常用于哈希表中的碰撞处理，通过链表将哈希冲突的元素串联起来。

  示例：在链式哈希表中，每个哈希桶可以用链表来处理冲突的元素。

5. 文本编辑器

• 文本编辑和光标操作：文本编辑器中的光标位置和文本的编辑操作可以通过链表来高效地实现。

  示例：双向链表可以用来表示编辑器中的文本，支持高效的插入、删除和光标移动操作。

6. 实现高级数据结构

• 跳表（Skip List）：跳表是一种用于高效查找的随机化数据结构，内部使用多级链表来实现。

  示例：跳表是平衡树的替代方案，使用链表层级来提高查找、插入和删除操作的效率。

• 自平衡树（如AVL树、红黑树）：某些自平衡树的实现也可以使用链表来维护树的节点。

7. 缓冲区和流

• 缓冲区管理：链表用于管理流数据中的缓冲区，例如数据流中的分段处理和缓存。

  示例：网络数据流中的分段数据可以通过链表进行管理，方便数据的分段和传输。

8. 周期性任务调度

• 任务调度和事件处理：链表可以用来实现周期性任务调度和事件处理队列。

  示例：任务调度器可以使用链表来维护待执行任务的队列，定期检查并执行任务。

好啦看到这里想必您对Java有了新的认知和了解，如果对您有帮助的话请帮我点个一件三连！谢谢！谢谢！谢谢！

我只是个初学者——